{"id":62491,"date":"2023-09-06T12:13:12","date_gmt":"2023-09-06T18:13:12","guid":{"rendered":"https:\/\/mickyandoniehn.com\/radio\/2023\/09\/06\/acabamos-de-descubrir-una-nueva-forma-de-desintegracion-nuclear-es-un-hito-de-posibilidades-gigantescas\/"},"modified":"2023-09-06T12:13:12","modified_gmt":"2023-09-06T18:13:12","slug":"acabamos-de-descubrir-una-nueva-forma-de-desintegracion-nuclear-es-un-hito-de-posibilidades-gigantescas","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/mickyandoniehn.com\/radio\/2023\/09\/06\/acabamos-de-descubrir-una-nueva-forma-de-desintegracion-nuclear-es-un-hito-de-posibilidades-gigantescas\/","title":{"rendered":"Acabamos de descubrir una nueva forma de desintegraci\u00f3n nuclear. Es un hito de posibilidades gigantescas"},"content":{"rendered":"<\/p>\n

El descubrimiento del\u00a0bos\u00f3n de Higgs<\/a>\u00a0marc\u00f3 un punto de inflexi\u00f3n en el \u00e1mbito de la f\u00edsica de part\u00edculas. El 4 de julio de 2012 los cient\u00edficos del CERN oficializaron este hallazgo, y desde entonces\u00a0hemos sido testigos de otros descubrimientos<\/a>\u00a0que aunque no han agitado los cimientos de la f\u00edsica experimental con la energ\u00eda con la que lo hizo la observaci\u00f3n de esta part\u00edcula, han ayudado a los cient\u00edficos a entender un poco mejor\u00a0los mecanismos que rigen<\/strong>\u00a0los constituyentes \u00faltimos de la materia.<\/p>\n

Este es el contexto en el que un grupo de investigadores de la Universidad de Texas A&M, en Estados Unidos, ha dado con\u00a0un tipo de desintegraci\u00f3n nuclear<\/a>\u00a0que hasta ahora nunca hab\u00eda sido observado. Para llevar a cabo su experimento han utilizado un ciclotr\u00f3n, que es un tipo de acelerador de part\u00edculas, capaz de acelerar un haz de n\u00facleos de ox\u00edgeno-13 de modo que adquiera una velocidad cercana al 10% de la luz. Este ha sido su punto de partida, pero para entender en qu\u00e9 ha consistido su experimento nos interesa repasar algunos conceptos importantes.<\/p>\n

Radiaci\u00f3n y radiactividad<\/h2>\n

Todos sabemos de una forma intuitiva que la radiaci\u00f3n y la radiactividad est\u00e1n relacionadas de alguna manera, pero no son lo mismo. La radiaci\u00f3n es un fen\u00f3meno\u00a0presente en la naturaleza<\/strong> que aglutina la emisi\u00f3n, el transporte y la transferencia de energ\u00eda tanto a trav\u00e9s del vac\u00edo como de un medio material. Lo interesante es que la energ\u00eda puede ser transportada de dos maneras diferentes: bajo la forma de ondas electromagn\u00e9ticas o como part\u00edculas.<\/p>\n

La radiactividad, sin embargo, es el proceso de origen natural que explica c\u00f3mo un n\u00facleo at\u00f3mico inestable pierde energ\u00eda en el intento de alcanzar un estado m\u00e1s estable. Y para lograrlo emite radiaci\u00f3n. Los nucleones, que son los protones y los neutrones del n\u00facleo at\u00f3mico, consiguen mantenerse juntos y vencer la repulsi\u00f3n natural a la que se enfrentan los protones debido a que la presencia de los neutrones permite que la fuerza nuclear fuerte ejerza como un pegamento capaz de imponerse a la fuerza electromagn\u00e9tica.<\/p>\n

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A medida que un \u00e1tomo tiene m\u00e1s protones necesitar\u00e1 tambi\u00e9n que en su n\u00facleo haya m\u00e1s neutrones para que la fuerza fuerte atractiva consiga imponerse a la fuerza electromagn\u00e9tica repulsiva<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

La interacci\u00f3n nuclear fuerte tiene un alcance muy reducido, pero a cortas distancias su intensidad es enorme. Lo importante de todo esto es que los neutrones act\u00faan\u00a0estabilizando el n\u00facleo at\u00f3mico<\/strong>, de manera que a medida que un \u00e1tomo tiene m\u00e1s protones necesitar\u00e1 tambi\u00e9n que en su n\u00facleo haya m\u00e1s neutrones para que la fuerza fuerte atractiva consiga imponerse a la fuerza electromagn\u00e9tica repulsiva. Curiosamente, el equilibrio entre la cantidad de protones y neutrones es muy delicado.<\/p>\n

Un \u00e1tomo es estable si su n\u00facleo tiene una cantidad precisa de nucleones y el reparto de estos entre protones y neutrones permite que la interacci\u00f3n nuclear fuerte act\u00fae como \u00abpegamento\u00bb. Por esta raz\u00f3n en la naturaleza solo podemos encontrar una cantidad finita de elementos qu\u00edmicos: los que recoge\u00a0la tabla peri\u00f3dica<\/a> con la que todos estamos en mayor o menor medida familiarizados. Cualquier otra combinaci\u00f3n de protones y neutrones no permitir\u00eda mantener ese delicado equilibrio, dando lugar a un \u00e1tomo inestable.<\/p>\n

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Lo que diferencia a un \u00e1tomo estable de uno inestable es que en el n\u00facleo de estos \u00faltimos la interacci\u00f3n nuclear fuerte y la fuerza electromagn\u00e9tica no est\u00e1n en equilibrio, por lo que el \u00e1tomo necesita modificar su estructura para alcanzar un estado de menor energ\u00eda que le permita\u00a0adoptar una configuraci\u00f3n m\u00e1s estable<\/strong>. Un \u00e1tomo estable est\u00e1 \u00abc\u00f3modo\u00bb con su estructura actual y no necesita hacer nada, pero uno inestable necesita desprenderse de una parte de su energ\u00eda para alcanzar el estado de menor energ\u00eda del que acabamos de hablar.<\/p>\n

Para lograrlo recurre a\u00a0un mecanismo cu\u00e1ntico<\/a>\u00a0conocido como \u00abefecto t\u00fanel\u00bb que le permite hacer algo que a priori parece imposible, y que no es otra cosa que superar una barrera de energ\u00eda. Este efecto cu\u00e1ntico es complejo y muy poco intuitivo, pero, afortunadamente, no es necesario que profundicemos en \u00e9l para entender con claridad c\u00f3mo funciona la radiactividad. Lo que s\u00ed es importante es que sepamos que un \u00e1tomo inestable tiene a su disposici\u00f3n cuatro mecanismos diferentes que pueden ayudarle a modificar su estructura para adoptar una configuraci\u00f3n estable: la radiaci\u00f3n alfa, beta, beta inversa y gamma.<\/p>\n

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Un \u00e1tomo inestable tiene a su disposici\u00f3n cuatro mecanismos diferentes que pueden ayudarle a modificar su estructura: la radiaci\u00f3n alfa, beta, beta inversa y gamma<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

El primero de estos mecanismos, la radiaci\u00f3n alfa, permite al \u00e1tomo deshacerse de una parte de su n\u00facleo emitiendo una part\u00edcula alfa, que est\u00e1 constituida por dos protones y dos neutrones. El siguiente mecanismo es la radiaci\u00f3n beta, que necesita que un neutr\u00f3n del n\u00facleo at\u00f3mico\u00a0se transforme en un prot\u00f3n<\/strong>, y durante este proceso adem\u00e1s emite un electr\u00f3n y un antineutrino. La radiaci\u00f3n beta inversa funciona justo al contrario que la radiaci\u00f3n beta: un prot\u00f3n se transforma en un neutr\u00f3n y este proceso emite un antielectr\u00f3n y un neutrino, que son las antipart\u00edculas del electr\u00f3n y el antineutrino emitidos por la radiaci\u00f3n beta.<\/p>\n

Y, por \u00faltimo, la radiaci\u00f3n gamma, que es la m\u00e1s energ\u00e9tica y la m\u00e1s penetrante de todas, requiere la emisi\u00f3n de un fot\u00f3n de alta energ\u00eda, conocido habitualmente como rayo gamma, por lo que el n\u00facleo at\u00f3mico mantiene su estructura original. Algunos de estos fotones de alta energ\u00eda son capaces de atravesar muros de hormig\u00f3n muy gruesos y planchas de plomo, por lo que esta es la forma de radiaci\u00f3n m\u00e1s peligrosa de todas. La radiactividad permite a los \u00e1tomos inestables desprenderse de una parte de su energ\u00eda con el prop\u00f3sito de alcanzar un estado menos energ\u00e9tico y m\u00e1s estable, pero \u00bfqu\u00e9 sucede realmente con esa energ\u00eda?<\/p>\n

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El principio de conservaci\u00f3n de la energ\u00eda dice que no puede destruirse, as\u00ed que necesariamente se la llevan las part\u00edculas emitidas por el \u00e1tomo inestable como resultado de cualquiera de las cuatro formas de radiaci\u00f3n de las que acabamos de hablar. Esa energ\u00eda provoca que las part\u00edculas emitidas\u00a0salgan despedidas como diminutas balas<\/strong>\u00a0que tienen la capacidad de interaccionar con la materia que encuentran a su paso.<\/p>\n

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Si el \u00e1tomo inestable se transforma en un \u00e1tomo de un elemento qu\u00edmico diferente, pero contin\u00faa siendo inestable, el proceso no acabar\u00e1 ah\u00ed<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

Curiosamente, la radiaci\u00f3n alfa, beta y beta inversa, como hemos visto, acarrea la modificaci\u00f3n de la estructura del n\u00facleo at\u00f3mico, por lo que cuando un \u00e1tomo inestable recurre a una de estas formas de radiaci\u00f3n se transforma en un \u00e1tomo de un elemento qu\u00edmico diferente que puede ser estable, o bien continuar siendo inestable. Aunque, eso s\u00ed, ser\u00e1 menos energ\u00e9tico. La radiaci\u00f3n gamma, sin embargo, no implica ninguna alteraci\u00f3n de la estructura del n\u00facleo at\u00f3mico, aunque s\u00ed una reducci\u00f3n de su energ\u00eda. Esta \u00faltima forma de radiaci\u00f3n suele acompa\u00f1ar a las dem\u00e1s adoptando la forma de ondas electromagn\u00e9ticas.<\/p>\n

Si despu\u00e9s de emitir alguna de las formas de radiaci\u00f3n de las que acabamos de hablar el \u00e1tomo inestable se transforma en un \u00e1tomo de un elemento qu\u00edmico diferente, pero contin\u00faa siendo inestable,\u00a0el proceso no acabar\u00e1 ah\u00ed<\/strong>. El \u00e1tomo seguir\u00e1 estando \u00abinc\u00f3modo\u00bb y necesitar\u00e1 volver a recurrir a la radiactividad las veces que sean necesarias para continuar desprendi\u00e9ndose de una parte de su energ\u00eda con el prop\u00f3sito final de alcanzar una configuraci\u00f3n menos energ\u00e9tica y completamente estable.<\/p>\n

Al tiempo promedio que transcurre hasta el instante en el que un \u00e1tomo inestable se desintegra recurriendo a cualquiera de las formas de radiaci\u00f3n de las que hemos hablado se le llama tiempo de vida media. Y al tiempo que pasa hasta que la cantidad de n\u00facleos inestables de un elemento radiactivo se reduce a la mitad de la cantidad inicial se le llama per\u00edodo de semidesintegraci\u00f3n. Algunos \u00e1tomos inestables se desintegran de forma pr\u00e1cticamente instant\u00e1nea, pero otros pueden tardar horas, d\u00edas, semanas, a\u00f1os, o, incluso, milenios, debido esencialmente a la naturaleza aleatoria del mecanismo cu\u00e1ntico que permite al \u00e1tomo atravesar la barrera de energ\u00eda necesaria para adoptar un estado menos energ\u00e9tico y m\u00e1s estable.<\/p>\n

Entender mejor la desintegraci\u00f3n puede ayudarnos a entender mejor la materia<\/strong><\/h2>\n

Ya tenemos las herramientas que necesitamos para entender con cierta precisi\u00f3n\u00a0el alcance del experimento<\/a>\u00a0que han llevado a cabo los cient\u00edficos de los que he hablado en las primeras l\u00edneas de este art\u00edculo. El elemento con el que han trabajado es el ox\u00edgeno-13,\u00a0un is\u00f3topo inestable<\/strong>\u00a0que contiene 13 nucleones (ocho protones y cinco neutrones). Lo que han hecho es muy ingenioso: han acelerado en un ciclotr\u00f3n un haz de n\u00facleos de este elemento para hacerlo incidir en el interior de la c\u00e1mara de un detector conocido como TexAT TPC (Texas Active Target Time Projection Chamber<\/em>) en una nube de di\u00f3xido de carbono.<\/p>\n

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En este proceso de desintegraci\u00f3n un n\u00facleo de ox\u00edgeno-13 da lugar a tres n\u00facleos de helio-4 ionizados, un prot\u00f3n y un positr\u00f3n<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

Al analizar el rastro que dejan los n\u00facleos de ox\u00edgeno-13 en el gas se dieron cuenta de que una de cada 1.200 desintegraciones responde a un mecanismo que hasta ahora nunca hab\u00eda sido observado. Y es que en estas circunstancias los n\u00facleos de ox\u00edgeno-13 recurren a la desintegraci\u00f3n con el prop\u00f3sito de reducir su energ\u00eda y alcanzar una configuraci\u00f3n estable. Pero no se trata de ninguno de los mecanismos de los que hemos hablado en este art\u00edculo, sino de una nueva forma de desintegraci\u00f3n radiactiva en la que un n\u00facleo de ox\u00edgeno-13 da lugar a tres n\u00facleos de helio-4 ionizados (se trata de part\u00edculas alfa), un prot\u00f3n y un positr\u00f3n (esta \u00faltima es la antipart\u00edcula del electr\u00f3n).<\/p>\n

Este hallazgo es importante por dos razones fundamentales. La primera es que puede ayudar a los f\u00edsicos a entender mejor los procesos nucleares que desencadenan la desintegraci\u00f3n radiactiva de los n\u00facleos. Y tambi\u00e9n resulta valioso porque presumiblemente tiene la capacidad de permitir a los f\u00edsicos de part\u00edculas\u00a0identificar las propiedades de los n\u00facleos<\/strong>\u00a0justo antes de que se produzca su desintegraci\u00f3n. Es evidente que queda mucho trabajo por hacer, pero estos descubrimientos estimulan la investigaci\u00f3n en f\u00edsica de part\u00edculas y nos ayudan a entender mejor los fen\u00f3menos que rigen las propiedades de la materia.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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